Começa com um estrondo

Ganimedes — Não é Marte ou Europa — O Melhor Lugar Próximo Para Procurar Vida Alienígena?

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A maior lua do nosso Sistema Solar, muitas vezes esquecida, é um mundo rico em água. Isso significa vida?

Aqui na Terra, a vida surgiu muito cedo na história do nosso planeta e não apenas sobreviveu, mas prosperou desde então. Embora todos os mundos rochosos do nosso Sistema Solar possam ter nascido com ingredientes brutos semelhantes - incluindo os átomos e moléculas precursoras que pensamos serem necessárias para dar origem à vida em primeiro lugar - nem todos os mundos possuem as condições e propriedades certas para vida para surgir e se sustentar ao longo da história de ~4,5 bilhões de anos do nosso Sistema Solar. A Terra simplesmente tem uma combinação de características

Então, onde e como devemos procurar vida em nosso quintal cósmico além dos limites da Terra? Há inúmeras boas opções , Incluindo:

Marte, nosso irmão menor e mais frio que parecia ter um passado aquoso por mais de 1 bilhão de anos e ainda pode abrigar evidências de vida antiga ou até mesmo adormecida,
Vênus, que pode ter sido semelhante à Terra antes de sucumbir a um efeito estufa descontrolado e que pode possuir vida existente em seus topos de nuvens,
Europa e Enceladus, luas geladas de Júpiter e Saturno, com oceanos subsuperficiais líquidos e gêiseres que trazem esse material líquido através da crosta gelada para a luz solar direta,
Titã, a lua gigante de Saturno com uma atmosfera mais espessa que a da Terra e metano líquido em sua superfície,
ou Plutão e Tritão, que são mundos grandes e gelados do cinturão de Kuiper, ambos com padrões climáticos complexos e também um oceano líquido subterrâneo.

No entanto, uma possibilidade muitas vezes negligenciada é a maior lua de todo o nosso Sistema Solar: o terceiro satélite galileano de Júpiter, Ganimedes. Com a recente descoberta de vapor de água em sua fina atmosfera , pode ser apenas o candidato esquecido, mas óbvio, à vida que surgiu de forma completamente independente no Sistema Solar.

Júpiter, mostrado aqui, está em processo de eclipsar sua maior lua: Ganimedes. Ao contrário de todos os outros planetas do Sistema Solar, Júpiter exerce uma atração gravitacional tão significativa que tanto os asteróides quanto os cometas que passam perto dele são mais propensos do que não a serem atraídos para seu potencial gravitacional e colidem com o maior gás do nosso Sistema Solar. gigante. (NASA, ESA E E. KARKOSCHKA (U. ARIZONA))

Até onde sabemos, existem algumas propriedades que são absolutamente essenciais para que a vida surja em um planeta, e outras poucas propriedades que a Terra possui, mas que podem ou não ser essenciais, opcionais ou completamente irrelevantes quando se trata de sustentar e manter um mundo vivo. Os essenciais — pelo menos para a vida baseada em produtos químicos que conhecemos — incluem:

os elementos essenciais para a vida, como carbono, oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e fósforo,
configurados em blocos de construção essenciais como açúcares, aminoácidos e outras moléculas vitais,
uma fonte de energia externa do ambiente com um gradiente de energia, permitindo a extração de trabalho utilizável,
e água líquida, que é absolutamente obrigatória em todos os processos de vida que ocorrem aqui na Terra.

No entanto, como observado acima na lista de mundos candidatos em nosso Sistema Solar onde a vida pode existir, atualmente ou anteriormente, esses critérios são provavelmente necessários, mas não suficientes, para que a vida surja e se sustente. Na Terra, possuímos uma combinação de fatores adicionais que parecem ser amigáveis ao tipo de vida que conhecemos, mas que podem ou não ser requisitos.

Esta imagem, em uma escala de ~ 29 km por pixel, mostra a Lua da Terra, Ganimedes e a Terra em escala. Ganimedes é a maior e mais massiva lua do Sistema Solar, embora tenha apenas 2,5% da massa total da Terra. No entanto, Ganimedes é tão rico em água que provavelmente contém mais água do que todos os oceanos do planeta Terra juntos. (NASA (TERRA), GREGORY H. REVERA (LUA), NASA/JPL/DLR (GANYMEDE))

A Terra também possui:

um campo magnético substancial ao seu redor,
gerado por um núcleo metálico ativo,
com um oceano de águas profundas e líquidas e massas de terra de topografia variável,
possuindo uma atmosfera substancial com uma pressão não desprezível na superfície,
com temperaturas dia/noite que variam substancialmente, mas não em centenas de graus,
com uma interface água/rocha líquida no fundo dos oceanos,
alimentado por luz solar externa e calor interno do núcleo, criando gradientes de energia,
e um satélite próximo relativamente grande, capaz de criar forças diferenciais (marés) substanciais, mas não catastróficas, em nosso planeta.

Até que tenhamos uma amostra substancial de mundos onde a vida surgiu, se instalou e se sustentou independentemente em escalas de tempo cosmológicas, não temos ideia de quais dessas propriedades da Terra são importantes para o sucesso da vida em um planeta, a lua. , ou outro objeto.

No entanto, olhando para esta lista e para as propriedades dos outros mundos do nosso Sistema Solar, vale a pena dar uma olhada em Ganimedes: a maior lua que conhecemos e o 8º maior objeto que gira em torno do Sol em geral.

Quando você classifica todas as luas, planetas pequenos e planetas anões em nosso Sistema Solar, você pode ver que muitos dos maiores objetos não planetários são luas, com alguns sendo objetos do cinturão de Kuiper. Ganimedes é a maior lua e a lua mais massiva do Sistema Solar, e é maior até do que o planeta Mercúrio, apesar de ter uma massa muito menor. (MONTAGEM DE EMILY LAKDAWALLA. DADOS DA NASA/JPL, JHUAPL/SWRI, SSI E UCLA/MPS/DLR/IDA, PROCESSADOS POR GORDAN UGARKOVIC, TED STRYK, BJORN JONSSON, ROMAN TKACHENKO E EMILY LAKDAWALLA)

Ganimedes é a terceira das quatro grandes luas de Júpiter, com Io vulcânica e Europa rica em gelo localizada no interior dela, e Calisto fortemente craterada orbitando além dela. Ganimedes está travado em direção a Júpiter, o que significa que sua mesma “face” sempre aponta para o planeta gigante gasoso, mas como está relativamente perto de Júpiter a uma distância orbital de ~ 1,07 milhão de quilômetros, ele ainda consegue completar uma revolução completa em torno de Júpiter — e, portanto, uma rotação completa de 360° em torno de seu eixo — a cada ~7 dias.

Uma olhada superficial em Ganimedes pode levar você a acreditar que é um mundo como a Lua ou Mercúrio: um mundo em grande parte sem ar, despojado de sua atmosfera e cheio de crateras. Sua cor suave e acinzentada nas fotografias faz com que pareça ainda mais com esses dois mundos, completamente banais e, você pode pensar, completamente inóspito à vida. Na verdade, tem apenas uma atmosfera muito fina e uma pressão superficial de cerca de 1 micropascal, fornecida por uma camada de gás (principalmente oxigênio). Levaria aproximadamente 100 bilhões de atmosferas de Ganimedes, todas empilhadas umas sobre as outras para atingir as pressões que encontramos aqui na Terra, e isso pode ser suficiente para impedi-lo de seguir seu caminho.

Sem uma atmosfera, afinal, por que consideraríamos Ganimedes como um mundo interessante para examinar a vida?

Esta vista do lado de trás de Ganimedes mostra as várias cores e albedos de sua superfície externa. Sua superfície estriada e cheia de crateras deve ter bilhões de anos, mas também deve ser relativamente fina. Sob esse verniz externo, provavelmente há uma espessa camada de gelo de água que se estende a profundidades de ~ 160 km! (NASA/JPL/DLR)

Claro, Ganimedes tem apenas uma atmosfera muito fina e, com uma atmosfera que fornece tão pouca pressão, é impossível ter água líquida em sua superfície. Sem água líquida, sem vida, caso encerrado, certo?

Como estaríamos de mente fechada se fosse aí que parássemos nossa linha de investigação. Sim, é muito improvável que tenhamos processos de vida substanciais ocorrendo na superfície de Ganimedes. Mas quando olhamos para a atmosfera em detalhes - como um novo estudo feito recentemente com dados de arquivo do Hubble — descobrimos que a atmosfera de Ganimedes tem hidroassinaturas: grandes quantidades de vapor d'água.

Encontrar vapor de água e oxigênio em Ganimedes nos diz que a superfície congelada e gelada do mundo realmente interage com o clima espacial que a impacta, e isso ocorre apesar do forte campo magnético de Júpiter. O oxigênio molecular é produzido quando partículas carregadas impactam e corroem o gelo na superfície, indicando que as partículas do vento solar estão passando. O vapor de água, por outro lado, deve surgir por sublimação: deve haver regiões geladas que se aqueçam o suficiente para que o vapor de água não seja apenas produzido, mas seja quente o suficiente para escapar termicamente para o restante da atmosfera. Apesar dos efeitos magnéticos fortes e protetores de Júpiter e da aparência congelada de Ganimedes, as peças do quebra-cabeça realmente montam uma história tentadora.

As imagens do Telescópio Espacial Hubble da NASA dos cinturões aurorais de Ganimedes (coloridas de azul nesta ilustração) são sobrepostas em uma imagem orbital Galileo da lua. A quantidade de balanço do campo magnético da lua sugere que a lua tem um oceano de água salgada subsuperficial. (NASA/ESA, HUBBLE & GALILEO)

Quando as primeiras observações ultravioletas de Ganimedes foram feitas pelo instrumento STIS (espectroscópico) do Hubble em 1998, os astrônomos ficaram um pouco surpresos: havia faixas de atividade auroral circundando a lua, evidência de que Ganimedes não está apenas embutido no campo magnético de Júpiter. campo magnético, mas que gera um campo magnético próprio. A combinação desses dois campos, o de Júpiter e o de Ganimedes, pode levar as partículas a se afunilarem na superfície de Ganimedes, devido à sua fina atmosfera, criando a atmosfera de oxigênio que observamos.

Mas como Ganimedes mantém um campo magnético? Para entender isso, temos que olhar para o interior de Ganimedes, e é aí que a história se transforma de “ok, vamos seguir as pistas para ver onde elas levam” para “oh uau, talvez tenhamos sido rápidos demais para descartar Ganimedes como um potencial mundo habitado”.

Sim, Ganimedes tem uma atmosfera quase insignificante. E sim, é frio: variando de 70 K no ponto mais frio, no lado noturno quando está na sombra de Júpiter, a 152 K, as temperaturas máximas diurnas observadas pela espaçonave Galileo. E há grandes quantidades de gelo em sua superfície; aproximadamente 50% ou mais da superfície é gelada, principalmente água gelada. Outros compostos incluem amônia, vários sulfatos e dióxido de enxofre. Mas as coisas ficam muito, muito interessantes, quando se trata de Ganimedes, quando examinamos o que deve estar acontecendo dentro dele.

Este corte de Ganimedes, terceiro dos satélites galileanos de Júpiter, mostra seu interior. Um fino verniz externo cobre uma espessa camada de gelo, que dá lugar a um oceano de água salgada (em camadas). Uma vez que você desce a profundidades de ~800 km, a água/gelo dá lugar a um manto rochoso, que envolve um núcleo metálico líquido e sólido. Ganimedes tem um rico interior geológico. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS KELVINSONG)

A crosta externa de Ganimedes é em grande parte feita de gelo, particularmente gelo de água que forma uma estrutura cristalina hexagonal. Embora seja revestido de argilas e sulcos, com calotas polares, acredita-se que esses minerais tenham chegado em grande parte bilhões de anos atrás, quando a taxa de crateras de impacto era muito alta. Os campos magnéticos de Ganimedes protegem as regiões equatoriais, mas permitem que os plasmas solares atinjam os pólos, resultando na geada observada em altas latitudes. Nos últimos 3,5 bilhões de anos, no entanto, o exterior de Ganimedes permaneceu praticamente inalterado.

No interior, no entanto, essa estrutura de gelo cristalino se estende para baixo por vários caminhos: cerca de 160 quilômetros. Abaixo disso, as temperaturas e pressões ficam altas o suficiente para que a água não permaneça mais em sua fase sólida, mas se torne líquida. Em outras palavras, na verdade existe um oceano espesso e profundo no subsolo sob o terreno enganosamente estéril que cobre a superfície de Ganimedes, estendendo-se até profundidades de cerca de 800 km, ou quase um terço do caminho até o centro. Abaixo disso, certamente há outra camada de gelo, e possivelmente múltiplas camadas de gelo e líquido em várias fases , até chegar ao manto rochoso, que pode estar em contato com uma camada de água líquida.

Este modelo do interior de Ganimedes mostra uma possível configuração de suas camadas externas. Uma camada de gelo de ~160 km de espessura deve ceder, mais abaixo, a camadas alternadas de água gelada e água líquida, terminando quando faz interface com o manto rochoso de Ganimedes. A camada final de água/manto deve consistir em água líquida e pode ser um ambiente espetacular para dar origem a organismos extremófilos. (NASA/JPL-CALTECH)

A interface manto-água no fundo de um oceano convectivo teria aumentado muito as temperaturas térmicas: cerca de 40 K mais altas do que as encontradas no limite da água gelada acima dela. Mais abaixo, abaixo do manto, há um núcleo de metal líquido em torno de um núcleo sólido de ferro-níquel, que se acredita ter um raio de ~ 500 km, uma temperatura de cerca de ~ 1600 K e uma densidade aproximadamente igual à do planeta. Mercúrio (cerca de três vezes a densidade total de Ganimedes como um todo). A convecção no núcleo é a explicação geralmente aceita do campo magnético observado de Ganimedes.

Com essas propriedades interiores, Ganimedes de repente se transforma de um mundo estéril, semelhante à Lua da Terra, para um com talvez as melhores chances de vida em seu oceano subterrâneo profundo, na interface entre a camada mais baixa dos oceanos líquidos e o quente. , manto rochoso. Assim como temos um conjunto único de organismos extremófilos que prosperam e são adaptados exclusivamente aos ambientes que cercam as fontes hidrotermais aqui na Terra, é eminentemente possível que algo muito, muito semelhante esteja acontecendo ~ 800 quilômetros abaixo, na interface oceano/manto , em Ganimedes.

Fontes hidrotermais ao longo das dorsais meso-oceânicas emitem carbono e dióxido de carbono na forma de “fumantes negros” sob o mar. Essas aberturas podem fornecer uma fonte de energia que alimenta a vida, mesmo na ausência de luz solar. Dado que a vida pode sobreviver aqui, certamente, sob as devidas adaptações, pode sobreviver nas profundezas das águas de Ganimedes. (P. RONA; OAR/PROGRAMA NACIONAL DE PESQUISA SUBMARINA (NURP); NOAA)

Se percorrermos nossas listas de verificação anteriores, descobrimos que Ganimedes marca quase todas as caixas. Da lista essencial, tem:

Além disso, entre os ingredientes que a Terra possui, mas que podem ou não ser essenciais ou mesmo propícios à vida, Ganimedes mostra:

que tem uma substancial e campo magnético externo,
gerado por um núcleo metálico ativo e próximo a Júpiter,
com um oceano subsuperficial de águas profundas e líquidas,
dentro do qual a pressão não é desprezível, apesar de quase não ter atmosfera,
com temperaturas dia/noite que variam substancialmente, mas que devem permanecer dentro de apenas algumas dezenas de graus de algum valor médio,
com provavelmente uma interface água líquida/manto rochoso no fundo do oceano,
alimentado por calor interno do núcleo, criando gradientes de energia,
e um planeta hospedeiro massivo e próximo, capaz de criar forças de maré substanciais, mas não catastróficas (à sua distância substancial de Júpiter).

Com exceção de ter uma atmosfera espessa e as condições para superfície, em vez de subsuperfície, água líquida e o fato de que a vida deve ser impulsionada por gradientes de energia internos, em vez de externos (luz solar), todas essas propriedades são extremamente promissoras. como o potencial para a vida – pelo menos, como a conhecemos – está em causa.

Esta imagem colorida natural do hemisfério anti-Júpiter de Ganimedes vem da espaçonave Galileo. Tem gelo de água em seus pólos até cerca de 40° de latitude e uma fina atmosfera de átomos de oxigênio e hidrogênio, provavelmente feita de gelo vaporizado. Sua atmosfera é 100 bilhões de vezes mais fina que a da Terra. Tem apenas 45% da massa de Mercúrio, apesar de ser maior, devido principalmente à sua composição rica em silicatos e gelo. Um oceano subterrâneo pode conter mais água do que toda a Terra combinada. (NASA/JPL (EDITADO POR WIKIMEDIA COMMONS USER PLANETUSER))

Voltando ao seu nascimento, Ganimedes provavelmente se formou muito rapidamente a partir do disco circumplanetário em torno de Júpiter: possivelmente em escalas de tempo tão rápidas quanto ~ 10.000 anos. Isso permitiu a Ganimedes reter muito do calor originalmente acumulado, levando à diferenciação entre o núcleo, o manto e as camadas externas geladas. Preso sob uma espessa camada de gelo e afetado por um campo magnético interno substancial, o espesso oceano de água líquida subsuperficial de Ganimedes, que deve interagir diretamente com o manto sob camadas alternadas de gelo e água, pode fornecer um ambiente espetacularmente fértil para o surgimento de vida, que poderia então se sustentar indefinidamente.

E, no entanto, a sonda Juno só pode fotografar Ganimedes à distância; ele não entrará em órbita em torno dele. A missão Europa Clipper foi selecionada em vez de uma missão proposta em Ganimedes, deixando o terceiro satélite Galileano no frio. Em vez disso, a única missão atual planejada para Ganimedes é a da ESA Explorador da Lua Gelada de Júpiter (JUICE), que está programado para ser lançado em 2022, passar por Ganimedes em 2029 e começar a orbitá-lo em 2032. Um potencial módulo de pouso Ganimedes, Laplace-P, foi proposto pelo Instituto Russo de Pesquisa Espacial , mas ganhou pouca força.

A NASA, por sua vez, não tem planos atuais para explorar Ganimedes em profundidade, o que é uma pena. Ganimedes, por mais estéril que pareça, pode realmente ser um dos melhores candidatos que temos para abrigar vida em outras partes do nosso Sistema Solar. Até que chegue o dia em que nos esforçamos para realmente descobrir o que há lá embaixo, tudo o que podemos fazer é continuar imaginando.

Começa com um estrondo é escrito por Ethan Siegel , Ph.D., autor de Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .